什麼是固態電池？它們能解決我們的電池壽命問題嗎？
移動技術的功率呈指數級增長，但電池技術卻跟不上。我們正達到傳統鋰離子和鋰聚合物設計所能達到的物理極限。解決方案可能是所謂的固態電池。
什麼是固態電池？
在傳統的電池設計中，最常見的鋰離子電池是兩個固態金屬電極和一個液態鋰鹽作為電解質。電池充電時，離子粒子從一個電極（陰極）移動到另一個電極（陽極），放電時則相反。液態鋰鹽電解質是允許這種運動的介質。如果你見過電池腐蝕或被刺穿，滲出（或有時爆炸）的“電池酸”就是液體電解質。
在固態電池中，正極和負極以及它們之間的電解液都是金屬、合金或其他合成材料的固體塊。術語“固態”可能會讓你想起SSD資料驅動器，這不是巧合。固態儲存驅動器使用的是不移動的快閃記憶體，而標準的硬碟驅動器則將資料儲存在由微型電機驅動的旋轉磁碟上。
儘管固態電池的概念已經存在了幾十年，但在電子公司、汽車**商和一般工業供應商的投資推動下，固態電池的發展才剛剛開始。
固態電池的優點是什麼？
固態電池比充液電池有幾個明顯的優點：更好的電池壽命、更快的充電時間和更安全的體驗。
固態電池將陽極、陰極和電解液壓縮成三層，而不是將電極懸浮在液體電解液中。這意味著你可以使它們更小，或者至少更平坦，同時保持與更大的液體電池一樣的能量。因此，如果你用同樣大小的固態電池替換**或膝上型電腦中的鋰離子電池或鋰聚合物電池，充電時間會更長。或者，你可以使一個裝置，持有同樣的電荷更小或更薄。
固態電池也更安全，因為沒有有毒的，易燃的液體洩漏，他們不會像傳統的可充電電池一樣輸出熱量。當應用於為電流電子產品甚至電動汽車提供動力的電池時，它們的充電速度可能會更快，而離子從陰極到陽極的移動速度也會更快。
根據最新研究，固態電池的容量比傳統的可充電電池高出500%或更多，充電時間僅為傳統可充電電池的十分之一。
什麼是缺點(the disadvantages)？
因為固態電池是一種新興技術，它們的**成本非常昂貴。如此昂貴，事實上，他們沒有安裝在任何主要的消費級電子產品在寫作的時候。2012年，佛羅里達大學軟體分析和先進材料處理系的分析師估計，一個典型的**大小的固態電池**成本約為15000美元。一輛足夠大的電動車需要10萬美元。
部分原因是由於規模經濟還不具備，目前每年都有數億塊可充電電池生產，因此材料和裝置的**成本分散在龐大的供應線上。研究固態電池的公司和大學屈指可數，因此每種電池的生產成本都是天文數字。
另一個問題是材料。雖然用於傳統可充電電池的各種金屬、合金和金屬鹽的性質是眾所周知的，但我們目前還不知道金屬陽極和陰極之間固體電解質的最佳化學和原子組成。目前的研究正在縮小這一範圍，但我們需要收集更可靠的資料，然後才能收集或合成材料並投資於**過程。
我什麼時候可以用固態電池？
和所有新興技術一樣，試圖弄清楚什麼時候能拿到手充其量只是猜測。
令人鼓舞的是，許多大公司都在為將固態電池引入消費市場所需的研究上進行投資，但由於近期內沒有重大突破，很難說是否會有一個巨大的飛躍。至少有一家汽車公司表示，他們將準備在2023年前將一輛汽車投入使用，但沒有猜測這輛車可能要花多少錢。五年似乎過於樂觀；十年似乎更有可能。可能需要20年或更長時間才能確定材料和開發**工藝。
但正如我們在文章開頭所說，傳統的電池技術正開始遭遇困境。沒有什麼比潛在的銷售更能**研發。你很快就可以使用一個小玩意兒或者駕駛一輛由固態電池驅動的汽車，這至少有一點點的可能。
圖片來源：Sucharas Wongpeth/Shutterstock，Daniel Krason/Shutterstock
- 發表於 2021-04-04 06:07
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